为了研究热力大气边界层结构与特征,本文通过1-D试验比较和3-D模式分析,详细讨论了目前湍流通量和大气边界层参数化的问题和缺陷,为今后改进沙尘数值预报以及空气质量模拟提供思路和科学依据。本文第一部分,首先利用WL-ARPDD94Experiment在香河的资料对三种湍流参数化方案(Deardorff,1972; Holtslag和Moeng,1991; Liu,2000,2001)进行验证和比较,发现Holtslag和Moeng的方案在CBL中上部能够再现逆梯度输送现象,并能给出合理的湍流通量垂直分布；而Liu的方案不但在CBL中上部与Holtslag和Moeng方案的结果一致,并能合理表达整个CBL内的湍流通量分布,与Holtslag和Moeng方案相比,Liu的方案更接近观测结果；而Deardorff的结果在整个CBL系统性偏低。Liu的逆梯度项与高度有关,并在CBL中部达到最大,而其它两个方案中逆梯度项随高度不变。本文首次利用观测资料对三种对流边界层参数化方案进行了验证与比较,还对改进三维气象与空气质量预报模式的对流边界层参数化方案提出改进建议。本文第二部分利用WRF3.2.1模式中的三种不同的边界层参数化方案(YSU方案、MYJ方案和ACM2方案)分别对塔克拉玛干地沙漠区中的4个站点在2002年4月5日到4月10日间发生的一次完整的沙尘暴过程中的2米高度的温度、10米高度的风速进了了模拟,并和观测值进行了对比。研究表明：非局地参数化方案(YSU)对塔克拉玛干沙漠地区中的四个站点的2米高度的温度和10米高度的风速模拟值和站点的实际观测值符合的很好,要明显优于其他两种方案(MYJ方案和ACM2方案)。此外,还利用了WRF3.2.1模式中的三种不同的边界层参数化方案(YSU方案、MYJ方案和ACM2方案)对这4个站点的比湿随高度的变化、边界层的高度和风速随高度的变化进了了模拟,得到了边界层高度的变化趋势、边界层高度的昼夜差值、风速随高度的变化曲线和比湿随高度的变化曲线,并且了解到这三种参数化方案对比湿随高度的变化、边界层的高度和风速随高度的变化的主要差异还是在边界层内部(差异不是很大),结果表明：选择YSU边界层方案后,WRF模式能够较好地再现该地区边界层特征和演变规律,这为缺少观测数的沙漠地区提供更详细的边界层时空信息。